THE EFFECT OF AGEING AND QUENCHING MEDIA ON THERMODYNAMIC PARAMETERS AND STRUCTURE IN CU-BASED SMAS

Abstract

Bu tez çalışmasında, sırasıyla SI 1, SI 2, SI 3 ve SI 4 şeklinde kısa adlandırmaları yapılan Cu-22.22Al-3Fe (at%), Cu-22.79Al-2.59Fe-2.44Mn (at%), Cu-22.79Al-5.42Fe-0.98Mn (at%) ve Cu-21.52Al-3.49Fe-1.95Mn (at%) şeklindeki dört farklı kompozisyona sahip üç ve dört elementli şekil hafızalı alaşımlar (SMAs) ark eritme yöntemi ile üretildiler. Alaşımlardan SI 2 ve SI 4 alaşım numunelerinin bir kısmına ısıl yaşlandırma da yapılıp farklı soğutucu akışkan madde (tuzlu buzlu su, sıvı azot, kaynar su, oda sıcaklığındaki hava) ortamlarına koyularak soğutuldular. Bütün elde edilen farklı SMA numunelerinin karakteristik martensitik dönüşüm sıcaklıkları ile diğer termodinamik parametreleri farklı ısıtma/soğutma hızlarında alınan diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve diferansiyel termal analiz (DTA) ölçümlerinin analizleri yapılarak incelendi. Numunelerin hepsinin farklı ısıtma/soğutma hızlarında elde edilen bütün ileri (ısıtma) ve geri (soğutma) eğrileri üzerinde karakteristik martensitik faz dönüşüm pikleri gözlendi. Bu alaşımlardan çoğunun ileri dönüşüm piklerinin 100 °C'nin üzerinde olduğu ve dolayısıyla yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımı (HTSMA) oldukları belirlendi. Dörtlü-sistem alaşımlarının homojen ve yaşlandırılmış tüm farklı numunelerinin yapısal özellikleri, difraksiyon düzlemleri ve karşılık geldikleri fazlar oda sıcaklığında yapılan X-ışını ölçümlerinin analizleri yoluyla belirlenerek tüm numunelerin oda sıcaklığında ?1?(18R) tip martensit faz yapısına sahip oldukları anlaşıldı ve her bir numunenin ortalama kristalit büyüklüğü Debye-Scherrer formülü kullanılarak hesaplandı. Sonuç itibariyle, dört adet homojenize (SI-1, SI-2, SI-3 ve SI-4) ve sekiz adet (dörder adet yaşlandırılmış ve farklı ortamlarda soğutulmuş SI-2 ve SI-4 numuneleri) olmak üzere toplam on iki farklı numune birbirleriyle kıyaslanarak incelenmiş ve aralarında kompozisyon, ısıl yaşlandırma ve farklı ortam soğutmalarına dayalı olarak yapısal özellik ve termodinamik parametrelerinde önemli oranda farklılıklar oluştuğu gözlenmiştir. Özellikle farklı soğutucu ortamların yaşlandırılmış alaşım numuneler üzerine etkileri muazzam seviyelerde olmuştur. Ayrıca, yaşlandırılmış alaşımlar üzerine etkileri birbirine yakın bulunan sıvı azot ve kaynar suyun geleneksel tuzlu buzlu sudan daha hızlı soğutma özelliğine sahip olmaları nedeniyle SMA parametrelerinin modifikasyonu işlemlerinde tuzlu buzlu sudan daha iyi sonuçlar verebileceği görülmüştür.

In this study, four samples of different ternary and quaternary composition SMA as SI-1,SI-2, SI-3 and SI-4 of Cu-22.22Al-3Fe(at%), Cu-22.79Al-2.59Fe-2.44Mn(at%), Cu-22.79Al-5.42Fe-0.98Mn(at%) and Cu-21.52Al-3.49Fe-1.95Mn(at%) was produced respectively by arc melting. The SI-2 and SI-4 samples responded. Quenching the samples were made in four different media (Iced water, boiling water, liquid nitrogen, and room temperature). The characteristic martensitic transformation temperatures and thermodynamic parameters of all the samples investigated by differential scanning calorimetry (DSC) and differential thermal analysis (DTA) are taken at different heating/cooling rates. The characteristic direct martensitic phase transitions of most of the samples occurred at high temperature in heating/cooling DSC curves. Austenite starts the temperature of the samples are above 100°C and that's why these SMAs samples are called high-temperature shape memory alloys (HTSMAs). The X-ray analyses were made at room temperature to determine the structural features, the di?raction planes and their corresponding phases of all the samples. The martensite planes were observed for all the samples resulted from ?1?(18R) planes and the average crystallite size was determined for the alloy samples using Debey-Scherrer equation. The results of the new quaternary HTSMAs of different composition (SI-1, SI-2, SI-3, and SI-4) were investigated along with SI-2 and SI-4 treated samples. Quenched samples in different media results were amazing, as the effect of these different media on the thermodynamic and structural properties of the samples were not as it was expected and it is very obvious that the effect of boiling water and liquid nitrogen quenching medium were very close to each other and mostly better than the result of usual iced water quenching medium on the treated samples.